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CN103800944B - 一种植骨填充材料及其制备方法 - Google Patents

一种植骨填充材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种植骨填充材料及其制备方法，通过将双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，800℃煅烧3h，取出在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，在1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，漂洗烘干，得到骨架结构；将一层胶原蛋白表面喷涂缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层胶原蛋白，得到复合蛋白层，将复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；最后，将骨架结构以及蛋白颗粒加入无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料。本发明的植骨填充材料具有生物降解性和生物相容性，无或低免疫原性，有骨传导性和骨诱导性，机械耐受性强等，完全满足了骨填充材料所需的各种性能要求。

Description

一种植骨填充材料及其制备方法
技术领域
本发明属于医药生物材料技术领域，尤其涉及一种植骨填充材料及其制备方法。
背景技术
无机植骨材料无毒、无免疫原性、易于灭菌以及取用量不受限制。但是易碎且剪切力小、抗骨折性能差，术后近期只能提供极小的力学稳定作用，并且通常只具有骨传导性，没有骨诱导下。骨形态发生蛋白(BMP)，尤其是BMP-2，有促进成骨作用，有促进细胞分化和诱导体外成骨的能力，有使成骨细胞的前体细胞定向分化为成骨细胞的能力。但BMP体内以扩散或蛋白降解失活，难以在融合部位维持有效浓度，而且，弥散后的效应可能出现椎管异位成骨和相应症状。据文献报道，BMP还可引起不融合、肿瘤等风险。
因此，由于单一材料受限于材料本身性能，复合材料成为当前植骨材料的研究热点。理想的植骨材料应具有以下特性：
1、具有生物降解性和生物相容性，无或低免疫原性；
2、有骨传导性和骨诱导性；
3、机械耐受性；
4、易于塑形，可加工成各种形状和大小；
5、三维结构和高孔隙率，利于各种生长因子的置入和粘附骨形态发生蛋白不易固载，硫酸钙很快被将吸收降解的问题。
因此，符合上述植骨材料特性的一种新型复合植骨材料亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植骨填充材料，旨在解决骨形态发生蛋白不易固载、硫酸钙很快被将吸收降解的问题。
本发明的再一目的在于提供上述植骨填充材料的制备方法。
本发明是这样实现的，一种植骨填充材料的，包括层状结构且内部布满孔道的骨架结构，所述骨架结构由按质量比为1∶(1～2)∶(0.1～0.2)的双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁构成，所述骨架结构内填充胶原蛋白颗粒，所述胶原蛋白颗粒内包覆有缓释剂，所述缓释剂包括骨形态发生蛋白。
优选地，所述缓释剂还包括纤联蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质的一种或者多种。
优选地，所述骨架结构孔隙率为70～85％，孔道的孔径为0.1～1mm。
优选地，所述胶原蛋白颗粒大小为50～100nm。
优选地，所述胶原蛋白与骨形态发生蛋白的质量比为3∶(0.2～0.5)。
优选地，所述骨形态发生蛋白为骨形态发生蛋白-2。
本发明进一步提供了一种植骨填充材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按质量比为1∶(1～2)∶(0.1～0.2)的双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)将一层胶原蛋白表面喷涂缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层胶原蛋白，得到复合蛋白层，所述缓释剂包括骨形态发生蛋白；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；其中，所述蛋白颗粒中胶原蛋白与骨形态发生蛋白的质量比为3∶(0.2～0.5)；
(3)将所述骨架结构以及蛋白颗粒加入无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料，-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存；其中，所述骨架结构、蛋白颗粒以及无水乙醇质量体积比为(10～40)g∶(15～25)g∶(60～80)ml。
优选地，在步骤(2)中，所述缓释剂还包括纤联蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质的一种或者多种。
本发明克服现有技术的不足，提供一种植骨填充材料及其制备方法，通过将按质量比为1∶(1～2)∶(0.1～0.2)的双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；然后，将一层胶原蛋白表面喷涂缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层胶原蛋白，得到复合蛋白层，所述缓释剂包括骨形态发生蛋白；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；其中，所述蛋白颗粒中胶原蛋白与骨形态发生蛋白的质量比为3∶(0.2～0.5)；最后，将所述骨架结构以及蛋白颗粒加入无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料，-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存；其中，所述骨架结构、蛋白颗粒以及无水乙醇质量体积比为(10～40)g∶(15～25)g∶(60～80)ml。
在本发明中，双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁结果煅烧后重新生成一种层状结构且内部布满孔道的骨架结构，由于双相磷酸钙降解较为缓慢，而硫酸钙降解速度却较快，该骨架结构中，由于双相磷酸钙和硫酸钙混合并重新组成的层状孔道结构，对硫酸钙的降解速度起到了一个很好的控制调节作用。在此基础上，通过将骨形态发生蛋白包覆在胶原蛋白颗粒内，而胶原蛋白颗粒又填充在骨架结构的孔道内，不仅解决了骨形态发生蛋白固载问题，而且能最大程度的调节控制骨形态发生蛋白等缓释剂的释放速度。
本发明通过以上手段获得的骨填充材料具有生物降解性和生物相容性，无或低免疫原性，有骨传导性和骨诱导性，机械耐受性强；易于塑形，可加工成各种形状和大小，而且三维结构和高孔隙率，利于各种生长因子的置入和固载，解决硫酸钙被吸收降解速度过快的问题，完全满足了骨填充材料所需的各种性能要求，造价低，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明效果实施例中植骨填充材料1～4的SEM图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将10g双相磷酸钙、10g硫酸钙以及1g氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)将15g、0.5mm厚的一层胶原蛋白表面喷涂2g骨形态发生蛋白，在该骨形态发生蛋白表面喷涂15又一层0.5mm厚的胶原蛋白，得到复合蛋白层，将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；
(3)将所述10g骨架结构以及15g蛋白颗粒加入60ml无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料1。
(4)将植骨填充材料1在-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
实施例2
(1)将10g双相磷酸钙、20g硫酸钙以及2g氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)将15g、0.4mm厚的一层胶原蛋白表面喷涂5g骨形态发生蛋白，在该骨形态发生蛋白表面喷涂又一层15g、0.4mm厚的胶原蛋白，得到复合蛋白层；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；
(3)将40g骨架结构以及25g蛋白颗粒加入80ml无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料2。
(4)将植骨填充材料2在-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
实施例3
(1)将10g双相磷酸钙、20g硫酸钙以及1g氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)将10g、4mm厚的一层胶原蛋白表面喷涂5g缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层20g、4mm厚的胶原蛋白，得到复合蛋白层，所述缓释剂为2g骨形态发生蛋白、2g纤联蛋白、1g透明质酸的混合物；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；
(3)将30g骨架结构以及20g蛋白颗粒加入25ml无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料3。
(4)将植骨填充材料3在-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
实施例4
(1)将10g双相磷酸钙、15g硫酸钙以及1.2g氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃／min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃／min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)在10g、4mm厚的一层胶原蛋白表面喷涂5g缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层20g、4mm厚的胶原蛋白，得到复合蛋白层，所述缓释剂为2g骨形态发生蛋白、2g纤联蛋白、1g几丁质的混合物；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；
(3)将20g骨架结构以及20g蛋白颗粒加入60ml无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料4。
(4)将植骨填充材料4在-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
效果实施例
1、植骨填充材料1～4的SEM图
如图1所示，其中，图1中a～b分别为植骨填充材料1～4的断面的SEM图。由图1可以看出，植骨填充材料1～4的骨架结构孔隙率为70～85％，孔道的孔径为0.1～1mm。
2、本发明植骨填充材料的使用效果
将实施例1得到的植骨填充材料1按照适当重量分装，可以采用Co60灭混后用于修复骨缺损动物模型。采用家兔制作股骨踝上直径5mm骨缺损动物模型，采用植骨填充材料1修复缺损，术后1天X线可以见到植骨材料完全填充骨缺损。术后4周处死家兔，剖开股骨踝可以见到植骨填充材料1充填在骨缺损内，与骨界面结合紧密，界面未见到炎性反应和纤维组织生成。术后12周X线可以见到植骨填充材料大部分已经降解，处死家兔剖开股骨踝，可以见到植骨填充材料1大部分已经降解，被新生骨爬行替代。
相比与现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明的骨填充材料具有生物降解性和生物相容性，无或低免疫原性，有骨传导性和骨诱导性，机械耐受性强；易于塑形，可加工成各种形状和大小，而且三维结构和高孔隙率，利于各种生长因子的置入和固载，解决硫酸钙被吸收降解速度过快的问题，完全满足了骨填充材料所需的各种性能要求，造价低，具有广阔的市场前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种植骨填充材料，其特征在于，包括层状结构且内部布满孔道的骨架结构，所述骨架结构由按质量比为1∶(1～2)∶(0.1～0.2)的双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁组成的混合物构成，所述骨架结构内填充胶原蛋白颗粒，所述胶原蛋白颗粒内包覆有缓释剂，所述缓释剂包括骨形态发生蛋白。
2.如权利要求1所述的植骨填充材料，其特征在于，所述缓释剂还包括纤连蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质的一种或者多种。
3.如权利要求2所述的植骨填充材料，其特征在于，所述骨架结构孔隙率为70～85％，孔道的孔径为0.1～1mm。
4.如权利要求3所述的植骨填充材料，其特征在于，所述胶原蛋白颗粒大小为50～100nm。
5.如权利要求4所述的植骨填充材料，其特征在于，所述胶原蛋白与骨形态发生蛋白的质量比为3∶(0.2～0.5)。
6.如权利要求5所述的植骨填充材料，其特征在于，所述骨形态发生蛋白为骨形态发生蛋白-2。
7.权利要求1至6任一项所述的植骨填充材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将按质量比为1∶(1～2)∶(0.1～0.2)的双相磷酸钙、硫酸钙以及氧化铁混合并粉碎至0.1～1mm粒径大小，以10℃/min速率升温至800℃温度下煅烧3h，将煅烧骨块取出后在1M的(NH4)2HPO4溶液中浸泡24h，烘干2天，再次以5℃/min速率升温至1100℃温度下煅烧1～2h，缓慢降温，去离子水漂洗2次，50℃温度下烘干，得到骨架结构；
(2)将一层胶原蛋白表面喷涂缓释剂，在该缓释剂表面喷涂又一层胶原蛋白，得到复合蛋白层，所述缓释剂包括骨形态发生蛋白；将所述复合蛋白层30℃温度下烘干，超微粉碎，得到粒径大小为50～100nm的蛋白颗粒；其中，所述蛋白颗粒中胶原蛋白与骨形态发生蛋白的质量比为3∶(0.2～0.5)；
(3)将所述骨架结构以及蛋白颗粒加入无水乙醇中，在1～5℃、-0.01～-0.05MPa条件下放置2～3天，得到植骨填充材料，-30℃下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存；其中，所述骨架结构、蛋白颗粒以及无水乙醇质量体积比为(10～40)g∶(15～25)g∶(60～80)ml。
8.如权利要求7所述的植骨填充材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述缓释剂还包括纤连蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质的一种或者多种。
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Address after: 221300 No. 88 Liaohe West Road, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: SU Normal University Semiconductor Materials and Equipment Research Institute (Pizhou) Co.,Ltd.

Address before: 226006 Jiangsu Province, Nantong City Chongchuan District Yuelong Road No. 179, Chongchuan District Science and Technology Park

Patentee before: Nantong Xinying Design Service Co.,Ltd.

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Effective date of registration: 20220519

Address after: 221300 506, block B, electronic industrial park, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Xuzhou Bochuang Construction Development Group Co.,Ltd.

Address before: No.88 Liaohe West Road, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: SU Normal University Semiconductor Materials and Equipment Research Institute (Pizhou) Co.,Ltd.

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CP03 Change of name, title or address

Address after: 221300 506, block B, electronic industrial park, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Xuzhou Botou Industrial Development Group Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 506, Building B, Electronic Industry Park, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: Xuzhou Bochuang Construction Development Group Co.,Ltd.

Country or region before: China

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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20140521

Assignee: Plath Industrial Technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

Assignor: Xuzhou Botou Industrial Development Group Co.,Ltd.

Contract record no.: X2025980039533

Denomination of invention: A bone grafting filling material and its preparation method

Granted publication date: 20151125

License type: Common License

Record date: 20251201

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